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Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellen von Elektrosuspension aus
mikronisierten Teilchen.
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Elektrosuspension, die auch als Elektrodispersion bekannt ist, ist ein Verfahren zum
Suspendieren von feinem Teilchenmaterial in geschlossenen oder offenen Behältern
und wird im allgemeinen ausgeführt, indem ein hohes Gleichspannungspotential an
entsprechend geformte stationäre Elektroden angelegt wird, die in einer
Dispersionskammer befestigt sind. Der Suspensionseffekt wird durch die Wechselwirkung zwischen dem
angelegten elektrischen Feld und den Teilchen erzeugt. Die Suspensionen haben
normalerweise die Form einer Staubwolke, die den Behälter über einem statischen
Pulverbett teilweise füllt. Die Konzentration der Wolke kann je nach Erfordernis reguliert
werden, indem die Spannung erhöht oder abgesenkt wird, die an die Elektroden angelegt
ist. Ein typischer, wenn auch nicht ausschließlich möglicher Elektrodenaufbau ist der, bei
dem eine Elektrode in dem statischen Pulverbett eingebettet ist, während die andere
ungefähr 20-30 mm über der Oberfläche des Pulvers angeordnet ist. Obwohl es eine
Reihe möglicher Polaritätskombinationen gibt, die verwendet werden können, ist es
häufig so, daß die eingebettete Elektrode auf Massepotential ist. Obwohl die angelegte
Spannung, die erforderlich ist, um Suspensionen zu bewirken, durch Faktoren wie den
Abstand der Elektroden zueinander, das Gewicht, die Größe und die Form der Teilchen
bestimmt wird, liegt sie meist über 10 kV und kann bis zu 30-40 kV betragen. Die
Teilchengrößen liegen normalerweise im Bereich von wenigen Mikrometer bis mehreren
hundert Mikrometern.
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Entwicklungen auf dem Gebiet von Elektrosuspensionen sind in J. of Appl. Phys., 1980,
51 (10) 5215-5222 sowie 5223-5227, und in J. of Appl. Phys. 1984 55 (11) 4088-4094
dokumentiert. Beispiele für den Einsatz dieser Entwicklungen sind des weiteren in den
britischen Patenten 2074610B sowie 2143989 und in US-A-4 440 800 zu finden.
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Elektrosuspensionsvorrichtungen nach dem Stand der Technik wiesen mehrere
inhärente Nachteile auf.
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Zunächst richten sich Teilchen, die durch das eleltrrische Feld leicht polarisiert werden,
wie sie beispielsweise in vielen kristallinen Dieleltrrika (z.B. KC1, NaCl, Zucker,
Ascorbinsäure, Nikotinamid) enthalten sind, leicht auf das Feld und aufeinander aus, so daß
bei dem Vorgang Ketten, Fäden oder Nadeln entstehen. Diese Formationen neigen
dazu, sich an einer der Elektroden anzuhaften und als Feldkonzentratoren zu wirken, die
intermittierende und später kontinuierliche Ionisation von Luft in dem Dispersionsraum
bewirken. Da ionisierte Luft elektrisch leitend ist, kann dieser Mechanismus zum
Zusammenbruch des Hochspannungsfeldes führen, so daß die suspendierte Wolke
erheblich abnimmt. Die Bildung von Fäden kann insbesondere bei Faserstaub, wie
beispielsweise aus Asbest und Zellulose, auftreten, und häufig bilden diese Pulver massive
Brücken, die sich zwischen den Elektroden erstrecken, wenn Spannung angelegt wird.
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Des weiteren ist es bei Einsatzgebieten, zu denen die Behandlung bzw. Verwendung
des suspendierten Staubs gehört (wie beispielsweise das Aufdampfen von Teilchen) oft
erforderlich, die Suspension aus dem Elektrodenraum zu entfernen. Obwohl das
Entfernen mitunter durch einen quergerichteten Luftstrom durch das System ausgeführt
werden kann, ist dies nicht immer praktikabel. Entfernungsverfahren, die auf der Neigung
von Teilchen beruhen, an der oberen Elektrode "vorbeizuschießen", wobei sie von
ihrem eigenen, nach oben gerichteten Impuls angetrieben werden, sind nicht generell
erfolgreich gewesen, da die stationäre obere Elektrode als physische Sperre für die
Teilchen wirkt Man hat versucht, dieses Problem zu lösen, indem die Konstruktion der
Elektrode angepaßt wurde, beispielsweise, indem eine Maschennetzform eingesetzt
wurde. Jedoch ließ sich die Neigung der Teilchen, die Öffnungen schließlich zu
verstopfen, nicht ohne weiteres beseitigen, und sie tritt besonders bei dielektrischem Staub auf.
Ein Faktor, der die Menge und Konzentration von Staub, der durch den
Elektrodenbereich hindurchtreten kann, weiter einschränkt, ist die umgekehrte Ladung von Teilchen
durch physischen Kontakt mit der Elektrode, durch den die Ladung und daher die
Richtung der Kraft, die auf die Teilchen wirkt, umgekehrt wird.
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Ein weiteres Problem tritt bei der Elektrosuspension von Teilchen mit einer Größe von
wenigen Mikrometern auf. Teilchen dieser Größe werden häufig als mikronisierte
Teilchen
bezeichnet und der Begriff wird hier gebraucht, um Teilchen mit einer Größe von
weniger als 30 µm zu bezeichnen. Bisher ist es nicht möglich gewesen, eine
Elektrosuspension vieler Arten mikronisierter Pulver zu erzeugen.
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Dadurch ist der praktische Einsatz des Elektrosuspensionsverfahrens auf Gebieten wie
beispielsweise der Arzneimittelpulver-Herstellung, der Herstellung und Verarbeitung von
Farbpigmenten, und auf dem Gebiet der Medizintechnik und dergleichen erheblich
eingeschränkt worden, wo oft ultrafeine Pulver mit Teilchengrößen im Bereich von 2-5 µm
oder darunter eingesetzt werden müssen.
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US-A-4 440800 offenbart ein Verfahren, das die vorkennzeichnenden Merkmale von
Anspruch 1 umfaßt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer
Elektrosuspension aus mikronisierten Teilchen geschaffen, wobei das Verfahren umfaßt:
Bereitstellen eines Behälters, der ein Bett der Teilchen aufnimmt; Erzeugen eines elektrischen
Feldes mit wenigstens zwei Elektroden, die in dem Behälter angeordnet sind, um die
Elektrosuspension herzustellen, wobei eine erste der Elektroden in Kontakt mit dem Bett
von Teilchen angeordnet ist und eine zweite der Elektroden von dem Bett von Teilchen
beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Erzeugen von Ionen
und das Bestrahlen der Oberfläche des Bettes von Teilchen mit Ionen der der ersten
Elektrode entgegengesetzten Polarität mit einer Einrichtung zum Bündeln des
elektrischen Feldes umfaßt, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei die
Bündelungseinrichtung dünne Drähte umfaßt, die an der zweiten Elektrode angebracht sind,
und die zweite Elektrode durch eine dazugehörige Antriebseinrichtung mit einer
Geschwindigkeit über 1500 U/min gedreht wird.
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Vorzugsweise hat die zweite Elektrode einen offenen Aufbau, so daß die
Elektrosuspension aus Teilchen durch sie hindurchtreten kann. Dabei kann die zweite Elektrode
beispielsweise einen trommelartigen Aufbau haben, der durch eine Vielzahl in
Umfangsrichtung beabstandeter Leiter entsteht, die sich im wesentlichen parallel zu einer
Drehachse und in gleichem Abstand dazu erstrecken.
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Wenn die zweite Elektrode drehbar angebracht ist, kann sie elektrisch auf einen Wert im
Bereich von 10 kV bis 40 kV geladen werden.
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Sie könnte entweder auf negative oder auf positive Polarität geladen werden oder
könnte bei Massepotential betrieben werden. Impulsladung und überlagerte
Wechselspannungs- oder Gleichspannungsladung und/oder Betrieb der Elektroden in einem
reinen Wechselspannungsbetrieb sind ebenfalls möglich.
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Bei einer Ausführung ist die Drehachse bei einer drehbaren zweiten Elektrode im
wesentlichen parallel zur Oberfläche des Bettes von Teilchen, es sind jedoch viele andere
Konstruktionen möglich.
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Wenn mehrere drehbare zweite Elektroden eingesetzt wird, können diese bei
unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und -richtungen oder in einer geeigneten
Kombination daraus betrieben werden.
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Wenn eine zweite Elektrode vorhanden ist, kann sie aus jedem beliebigen geeigneten
bekannten Material oder einer Kombination aus Materialien bestehen, so beispielsweise
aus dielektrischen Materialien in Kombination mit Metallen. Auf einigen Einsatzgebieten
werden die Materialien so ausgewählt, daß sie reibungslosen Betrieb in einer staubigen
Umgebung ermöglichen.
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Es hat sich herausgestellt, daß ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die
folgenden Vorteile aufweist:
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a) Das Vorhandensein eines geladenen Raumes, durch den sich die Teilchen im
wesentlichen ungehindert bewegen können;
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b) Eine erhebliche Verringerung der Neigung von Pulvern zur Bildung von Fäden
während der Dispersion;
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c) Eine erhebliche Verringerung der lonisationsentladung, die durch das Anhaften
von Teilchen an den Elektroden entsteht;
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d) Die Erzeugung von aerodynamischen Kräften, die Teilchen durch den
Drehkörper hindurch bewegen; und
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e) Die Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden.
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Bei dem speziellen Fall mikronisierter Teilchen hat sich herausgestellt, daß ein
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die wirkungsvolle Elektrosuspension von
Teilchen ermöglicht, die dem Stand der Technik nach nicht in Elektrosuspensionen
gebracht werden konnten. Die Unmöglichkeit, Elektrosuspensionen vieler mikronisierter
Teilchen mit dem Stand der Technik herzustellen, ist wahrscheinlich eine Folge des
hohen spezifischen elektrischen Widerstandes, den solche Teilchen in Pulverform
aufweisen.
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Wenn eine stationäre Elektrode in dem Bett aus Teilchenmaterial eingebettet ist, werden
die Teilchen normalerweise durch Elektronenleitung geladen. Der hohe spezifische
elektrische Widerstand aufgrund von Kontaktwiderständen zwischen den Teilchen
mikronisierter Pulver verhindert bzw. behindert das Laden von Teilchen durch
Elektronenleitung durch das Bett in der Vorrichtung, die zum Einsatz von Suspensionen eingesetzt
wird. Unter normalen Dispersions(Elektrosuspensions)-Bedingungen führt das Anlegen
von Spannung an die Elektroden zum Laden der Oberflächenteilchen durch die Leitung
von Elektronen von der eingebetteten Elektrode zur Oberfläche des Bettes über die
Kontakte der einzelnen Teilchen im gesamten Bett. Es ist bekannt, daß Betten aus
Teilchen, die aus kleinen dielektrischen Teilchen bestehen, einen zunehmenden
Durchgangswiderstand aufweisen, der durch die Anzahl von Kontakten bestimmt wird und
nicht durch den elektrischen Gesamtwiderstand der Teilchen selbst, und zwar
insbesondere dann, wenn die Teilchen kleiner werden. Es ist auch bekannt, daß der
Kontaktwiderstand zwischen dielektrischen Flächen nichtohmsch ist, d.h., daß der Strom nicht
proportional zur angelegten Spannung ist. Dies wird weiterhin durch den nichtohmschen
Widerstand von losem Pulver dahingehend verdeutlicht, daß der elektrische Widerstand
von der angelegten Spannung abhängt und keine unabhängige Konstante ist, die nur
durch die elektrischen Eigenschaften des Materials bestimmt wird. Mit abnehmender
Größe vervielfacht sich bekanntlich die Anzahl der Kontakte zwischen den Teilchen, so
daß spezifische Volumenwiderstände über 10¹² Ohm-cm bei ultrafeinem Pulver entste
hen können, die den kontinuierlichen und geregelten Durchlaß von Ladung verhindern,
der für die Aufrechterhaltung einer Suspension erforderlich ist.
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Es ist anzumerken, daß es einige mikronisierte Pulver gibt, die die oben aufgeführten
Eigenschaften nicht aufweisen. So stellte sich beispielsweise heraus, daß eine Probe
aus losem Nickelpulver, das aus 3-5 µm großen kugelförmigen Teilchen bestand, frei
dispergierte, während andere, mehr kohäsive Metallpulver eine gewisse verringerte
Aktivität aufweisen. Ausnahmen gibt es auch bei ultrafeinen Nichtmetallpulvern, wie
beispielsweise Pyridoxinhydrochlorid, das eine gewisse Dispersion nach entsprechender
Oberflächenbehandlung des Pulvers aufweist, obwohl die Teilchen dazu neigen, als
30 µm große Agglomerate und nicht als einzelne Teilchen zu dispergieren. Theoretisch
ist die Möglichkeit, einige wenige ultrafeine Pulver zu dispergieren, auf einen derzeit
noch nicht erklärbaren Mechanismus zurückzuführen, der den Kontaktwiderstand
zwischen den Teilchen reguliert.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Ladung von Teilchen durch Leitung (die
durch den hohen elektrischen Widerstand eines Pulverbettes erschwert wird), zu
umgehen, indem ein alternativer bzw. zusätzlicher Mechanismus eingesetzt wird, der auf dem
sekundären Phänomen der Rückionisation (back-ionization) beruht.
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Rückionisation ist ein elektrostatischer Effekt, der selten bei
Hochspannungsanwendungen außer dem elektrostatischen Abscheiden auftritt, wo er eine unerwünschte
Nebenwirkung darstellt, durch die der Wirkungsgrad des Abscheidungsvorgangs verringert
wird und soweit wie möglich vermieden werden muß.
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Wenn die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, können daher die Teilchen durch die
Sekundärionisation von Luft oder Gasen in dem Teilchenbett geladen werden, wobei
diese Sekundärionisation dann auftritt, wenn das Bett mit Primärionen besprüht wird, die
vorzugsweise durch eine Corona-Entladung in dem Elektrosuspensionsbehälter erzeugt
werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden lediglich als Beispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung ist, die bei
einem Verfahren eingesetzt wird, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung ist, die Fig. 1
ähnelt, die jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 für die Elektrosuspension von Teilchen dargestellt, die
eine Elektrode 2 enthält, die drehbar in einem isolierenden Behälter 3 angebracht ist. Eine
zweite Elektrode 4 ist im Unterteil des Behälters 3 unter einem Bett aus Teilchenmaterial
5 angebracht. Die drehbare Elektrode 2 umfaßt einen trommelartigen Drehkörper der
durch in Umfangsrichtung beabstandete Leiter 6 gebildet wird, die sich im wesentiichen
parallel zu einer hohlen zylindrischen Röhre 7 und in gleichem Abstand dazu erstrecken.
Die Leiter 6 sind an jeweiligen scheibenförmigen Endabschnitten 8 angebracht, die an
der Röhre 7 befestigt sind. Die drehbare Elektrode 2 ist mit Wellen 9 und 10 über dem
Teilchen- bzw. Pulverbett angebracht. Welle 9 ist in einem Lager 11 aus Teflon
angeordnet, um das sich der Drehkörper dreht. Die Baugruppe, die die Welle 9 und das
Lager 11 umfaßt, ist an einer Wand von Behälter 3 mit einem isolierenden Haltering 12
angebracht. Das äußere Ende der Welle 9 ist von einer weiteren Isolierung 13
umgeben, so daß ein elektrischer Kontakt 14 entsteht. Welle 10 ist drehbar in einem weiteren
Lager 15 aus Teflon angebracht, das an der Seite von Behälter 3 befestigt ist. Ein
Ende von Welle 10 ist mittels einer isolierenden Buchse 16 an der zylindrischen Mittelröhre
7 von Elektrode 2 angebracht. Das andere Ende von Welle 10 steht aus dem Behälter 3
vor und ist in eine Riemenscheibe 17 eingepaßt. Ein Riemen 18 erstreckt sich zwischen
Riemenscheibe 17 und einer gleichartigen Riemenscheibe 19 an einem Elektromotor
20. Auf diese Weise kann der Elektromotor unter Spannung gesetzt werden und so
Elektrode 2 drehen. Die elektrische Verbindung zwischen Welle 9 und der Elektrode 2
wird mittels einer Stahlkugel 21 aufrechterhalten, die in einer Aussparung in einem
leitenden Abschnitt 16A von Buchse 16 angeordnet ist. Die Kugel 21 bildet ein Lager
zwischen dem stationären Ende von Welle 9 und dem Buchsenabschnitt 16A, während der
isolierende Rest von Buchse 16 elektrischen Kontakt mit Welle 10 verhindert.
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Staubabdeckungen 22 sind zwischen die Lager 11, 15 aus Teflon und die
entsprechenden Enden 8 von Elektrode 2 eingepaßt, um Staub von den Lagerflächen
fernzuhalten.
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In Funktion wird ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden 2 und 4 angelegt,
und Elektrode 2 wird mittels eines dem Elektromotor 20 zugeführten Stroms gedreht.
Dadurch entsteht ein elektrisches Feld in dem Bereich zwischen den beiden Elektroden
und bewirkt die Erzeugung einer Elektrosuspension der Teilchen. Da die Elektrode 2
offen aufgebaut ist, und aufgrund der Turbulenz, die durch die Drehung erzeugt wird,
steigt die Elektrosuspension in den Bereich über der Elektrode 2. Aus diesem Bereich
kann die Suspension mit jeder beliebigen bekannten Einrichtung ohne weiteres entfernt
werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung hat der Behälter 3 ein offenes oberes
Ende, das mit einem Gitter 23 versehen ist, das das Herausfiltern von groben Teilchen
in der Elektrosuspension ermöglicht.
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Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung gleicht der unter Bezugnahme auf Fig. 1 oben
beschriebenen. Um das Verständnis zu erleichtern, sind die gleichen Bezugszeichen zur
Kennzeichnung gleicher Teile verwendet worden. Bei der Anordnung in Fig. 2 ist eine
Reihe von Drähten 24 symmetrisch um den Umfang von Elektrode 2 herum angeordnet.
Jeder Draht 24 erstreckt sich bogenförmig zwischen den Enden 8 der Elektrode und ist
in seiner Mitte mit einer Porzellanperle 25 belastet. Darüber hinaus enthält die
Anordnung in Fig. 2 eine massive halbleitende Schicht 26, die Elektrode 4 umhüllt.
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Die Vorrichtung in Fig. 2 ist besonders für den Einsatz mit mikronisierten Teilchen
bestimmt, die unter normalen Umständen nicht ohne weiteres eine Elektrodispersion
bilden. Die Funktion der Vorrichtung gleicht im allgemeinen der obenbeschriebenen
dahingehend, daß ein Potential zwischen den Elektroden angelegt wird und Elektrode 2
von Motor 20 mit relativ hoher Geschwindigkeit gedreht wird. Die dünnen Drähte 24, die
an der Elektrode 2 angebracht sind, bewegen sich unter der Wirkung der
Zentrifugalkraft nach außen und wirken als Feldkonzentratoren, die eine Corona-Entladung
hervorrufen. Dies führt zu einer Ionisation der Luft bzw. eines anderen Gases in dem Behälter
3. Eine derartige Corona-lonisation stellt einen Effekt dar, der den mit elektrostatischen
Erscheinungen vertrauten Fachleuten bekannt ist und beispielsweise auf Gebieten wie
der elektrostatischen Abscheidung verbreitet eingesetzt wird, wo er normalerweise
durch ein statisches Paar von Elektroden mit Punkt/Ebenen- bzw. Dünndraht/Ebenen-
Aufbau erzeugt wird. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Ionen durch die sich
schnell drehende positive Elektrode 2 erzeugt. Die entstehenden negativen Ionen
werden sofort wieder von der Elektrode absorbiert, während positive Ionen durch
elektrostatische Anziehung und durch die aerodynamischen Kräfte, die die Elektrode 2
erzeugt, auf die Oberfläche der Teilchen 5 aufgesprüht werden. Aufgrund des hohen
elektrischen Widerstandes des Bettes 5 werden diese Ionen nicht sofort zerstreut,
sondem bilden eine positive Ladungsschicht auf der Oberfläche des Bettes 5, dessen
Unterseite das entgegengesetzte Potential aufweist, das durch elektrischen Kontakt mit der
unteren Elektrode 4, 26 bewirkt wird. Dies wiederum führt zu einem hohen
Potentialgefälle über das Teilchenbett 5, das die Ionisation von Luft in dem Zwischengitterraum
zwischen Teilchen bewirkt. Diese Erscheinung wird normalerweise als Rückionisation
bezeichnet und ist als Sekundäreffekt bekannt, durch den Ionen mit beiden Ladungen
erzeugt werden, wobei die einen schnell durch die Elektrode absorbiert werden, während
die anderen durch die Teilchen nach oben bewegt werden und von den Teilchen
absorbiert werden, die so geladen werden. Wenn die oben vorgeschlagene
Polaritätsanordnung eingesetzt wird, handelt es sich dabei um negative Ionen, d.h. um Elektronen,
so daß die Teilchen sofort dispergiert werden und eine Wolke suspendierter Teilchen
über dem Bett 5 entsteht.
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Ein wahlweises Merkmal der Erfindung ist das Vorhandensein einer Einrichtung zum
Regulieren des elektrischen Potentials über das Teilchenbett. Dies kann durch
veränderliche vertikale Positionierungen der oberen Elektrode erreicht werden, die
Veränderung der Bettdicke je nach Erfordernis ermöglicht, wie dies in Fig. 2 mit 27 schematisch
dargestellt ist. Dies kann auch durch den Einsatz eines geeigneten Halbleitersubstrats
für das Bett erreicht werden, wie dies in Fig. 2 mit 26 dargestellt ist, über das elektrischer
Kontakt mit der unteren Elektrode hergestellt werden kann. Eine Fehlanpassung der
Widerstände zwischen dem Elektrodenabstand und den Schichten aus Teilchen kann
zu einem der beiden folgenden unerwünschten Zustände führen: 1. Potentialdifferenz
über das Bett, die nicht zur Auslösung von Sekundärionisation ausreicht, und 2. zu hohe
Potentialdifferenz über das Bett im Verhältnis zu der Spannung zwischen den
Elektroden, so daß, wenn das Potential über das Bett plötzlich zur ersteren hinzutritt, wenn die
Ladungen zu fließen beginnen, das Gesamtpotential die Funkenspannung des Systems
übersteigt, so daß es zu elektrischen Funken und Entladungen statt zu kontinuierlicher
Sekundärionisation kommt, die erforderlich ist.
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Zur Veranschaulichung wurde das folgende Experiment ausgeführt. In einer
Vorrichtung, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben ist, wurde eine
Elektrosuspension unter Verwendung von 100 g trockenem KC1 (denen 0,05% Freiflußmittel zugesetzt
wurden) erzeugt, indem 25 000 Volt an die drehbare Elektrode angelegt wurden, die
30 mm über dem Pulverbett angeordnet war. Der Drehkörper hatte einen Durchmesser
von 45 mm und eine Länge von 60 mm. Die Dichte der Elektrosuspension wurde unter
Verwendung eines durchgelassenen He-Ne-Laserstrahls und durch Messen der
Dämpfung des Strahls durch die Wolke hindurch mit einem Laserleistungsmesser
überwacht. Betrieb des Rotors bei 1400 U/min bewirkte ein Gefälle von über 40% der
durchgelassenen Strahlintensität gegenüber den ursprünglichen 2,8 mW, die gemessen
wurden, wenn sich der Drehkörper in Ruhe befand. Dies weist auf eine erhebliche Zunahme
der Dichte der Suspension hin.
Industrielle Einsetzbarkeit
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Ein Beispiel für den Einsatz der Erfindung ist die Herstellung von beschichteten
pharmazeutischen Pulvern zur Steuerung der Abgaberate des aktiven Bestandsteils über
eine halbdurchlässige Membran, die jedes Teilchen umhüllt. Die Elektrosuspension von
Teilchen eignet sich gut für die kontinuierliche Herstellung derartiger
oberflächenbehandelter Pulver, da die Teilchen voneinander getrennt und in ständiger Bewegung sind,
wenn sie sich in Dispersion befinden, so daß die Beschichtung mit einem geeigneten
Verfahren, beispielsweise durch Besprühen mit einem schnell trocknenden Aerosol,
aufgetragen werden kann. Das Hauptproblem besteht jedoch darin, zufriedenstellende
Elektrosuspensionen herzustellen, da viele pharmazeutische Substanzen leicht zu
polarisierende Kristalle enthalten, die dazu neigen, unter Wirkung des elektrischen Feldes,
Fäden zu bilden. Häufig sind diese Substanzen auch recht hygroskopisch, so daß das
Problem noch zunimmt und außerordentlich mangelhafte und ungleichmäßige
Dispersionen entstehen, die normalerweise im Verlauf der Zeit abnehmen, bis der Vorgang
zum Stillstand kommt. Mit dem Einsatz der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ließ
sich dieses Problem erheblich entschärfen, und eine dichte Wolke suspendierter
Substanz
kann aufrechterhalten werden, die für die meisten
Elektrosuspensions-Beschichtungsverfahren ausreicht.
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Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der vorliegenden Erfindung ist das Gebiet der
trokkenen Papierherstellung. Papier wird im allgemeinen mit dem Verfahren hergestellt, bei
dem einzelne Papierfasern (die aus behandelter Holzmasse stammen) in großen
Wasserbottichen schwimmen und sich die Fasern auf einem geeigneten Träger,
beispielsweise einem sich bewegenden Drahtgitterstreifen, absetzen können, von dem das
Papier entnommen und getrocknet wird. Angesichts der großen Mengen an Wasser, die
eingesetzt werden müssen (normalerweise 1/2 Tonne Wasser für 2 kg Papier), würde
einem Verfahren, das das trockene Trennen und Schweben von Fasern ermöglicht,
erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zukommen. Die elektrostatische Suspension von
Zellulosestaub ist eines der möglichen Verfahren, jedoch kann es aufgrund der bereits
erwähnten Neigung von Faserstaub, lange Ketten und Fäden zu bilden, wenn ein
Hochspannungsfeld darauf wirkt, in der Praxis nicht eingesetzt werden. Mit der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann aufgrund der mechanischen Unterbrechung des
Fadenbildungsvorganges durch die drehbare Elektrode eine Suspension aus Faserstaub
aufrechterhalten werden, so daß das Problem des Einsatzes dieses Verfahrens bei der
trockenen Papierherstellung gelöst wird.
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Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der vorliegenden Erfindung ist die Beschichtung
von Festkörpern. Die Erfindung ermöglicht es z.B., elektrostatisch beschichtete
Schleifmittel, wie beispielsweise Bänder, Scheiben und Papier herzustellen, auf die
Siliziumcarbid, Schmirgel usw. geklebt wird, und zwar mit Korngrößen, die erheblich kleiner sind
als die bisher möglichen. Des weiteren wird es möglich, keramische Stoffe mit Metall zu
"verschweißen", indem ultrafeiner Keramikstaub auf eine erhitzte Metalloberfläche
aufgetragen wird, wodurch die Abkühlung der Oberfläche durch Körnchen mit großem
Wärmeaufnahmevermögen auf ein Minimum verringert wird, so daß direktes Sintern der
Körnchen sowohl auf der Metalloberfläche als auch aneinander ausgeführt werden
kann. Das Verschmelzen von keramischen Stoffen mit Metall stellt ein wichtiges
technologisches Problem dar, das im modernen Kraftfahrzeugbau sowie in der Luft- und
Raumfahrtindustrie auftritt und noch nicht auf ökonomisch praktikable Weise gelöst
worden ist.
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Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der Erfindung besteht in der Herstellung von
Aerosolen aus ultrafeinen medizinisch aktiven Substanzen, wie beispielsweise
Salbutamolsulfat, Pentamadin und Steroiden, die sich für die Behandlung verschiedener Formen
von Asthma, Aids usw. durch direktes Inhalieren in die Lungen eignen. Gegenwärtige
Inhalatoren für trockene ultrafeine Pulver in der Größenordnung von 1-3 µm basieren
auf der Zufuhr des Staubes mit unter Druck stehendem FCKW, wobei das Atmen mit
dem Ausstoß von Pulver koordiniert werden muß, das von der Vorrichtung erzeugt wird.
In den meisten Fällen ist dies schwierig, vor allem für Kinder. Es sind auch
Vorrichtungen bekannt, die darauf beruhen, daß ein Sog erzeugt wird, wenn der Patient tief
einatmet. Das tiefe Einatmen kann jedoch für einen Asthmatiker schwierig oder unmöglich
sein, und diese Vorrichtungen können daher nur beschränkt eingesetzt werden. Es hat
sich herausgestellt, daß mit der vorliegenden Erfindung das Problem gelöst werden
kann, wie dies für Salbutamolsulfat demonstriert wurde, das aus der in Fig. 2
dargestellten Vorrichtung so dispergiert wurde, daß eine langsam aufsteigende Wolke aus
ultrafeinem Pulver entsteht, die normal atmend inhaliert werden kann.
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Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der vorliegenden Erfindung besteht in der
Herstellung neuer oberflächenaktiver Katalysatoren durch das Auftragen des mikronisierten
Katalysators auf die einzelnen Körnchen eines "inerten" Trägers, wie beispielsweise
Aluminiumoxidpulver mit einer Größe von 30 µm an dem die mikronisierten Teilchen
aufgrund natürlicher Adhäsionskräfte haften können. Das Verfahren könnte eingesetzt
werden, um gegenwärtige, weniger wirtschaftliche Verfahren zum Herstellen derartiger
oberflächenaktiver Katalysatoren zu ersetzen, bei denen das aktive Material auf die
Trägerkömchen verteilt wird, indem es aus einer Flüssigkeit abgeschieden wird.